土木工程概论-第五、六章 地下及桥梁工程

1、地下工程地下工程(Underground Engineering)(Underground Engineering)引言引言l什么是地下工程。什么是地下工程。l地下工程的特点。地下工程的特点。l地下工程的发展。地下工程的发展。u 根据使用目的划分根据使用目的划分住宅设施住宅设施城市设施城市设施生产设施生产设施交通设施交通设施贮藏设施贮藏设施防灾、人防设施防灾、人防设施军事设施军事设施u 特点特点穿越天然屏障穿越天然屏障条件复杂多变条件复杂多变施工作业面窄施工作业面窄造价昂贵造价昂贵隧道名称隧道名称国国 家家长长 度度（km）线线 数数修建年代修建年代大清水大清水日本日本22.3双双197119

2、79辛普朗辛普朗号号瑞士瑞士-意大利意大利19.8单单18981906辛普朗辛普朗号号瑞士瑞士-意大利意大利19.3单单19121922新关门新关门日本日本18.7双双19701975亚平宁亚平宁意大利意大利18.6双双19201934秦岭一线秦岭一线中国中国18.5双双19972003六甲六甲日本日本16.3双双19671971榛名榛名日本日本15.4双双19721980圣马尔科圣马尔科意大利意大利15.0单单19611970排排名名隧道名称隧道名称长度长度（km）地区地区建成年代建成年代1终南山隧道终南山隧道18.4中国中国20032圣哥达隧道圣哥达隧道16.9瑞士瑞士19813阿尔贝格阿

3、尔贝格13.9奥地利奥地利19794弗雷儒斯弗雷儒斯12.9法国法国-意大利意大利不详不详5勃朗峰隧道勃朗峰隧道11.6法国法国-意大利意大利1962日本青涵隧道日本青涵隧道 英法海峡隧道英法海峡隧道 丹麦大海峡隧道丹麦大海峡隧道香港西区隧道香港西区隧道长度长度(km) 53.8550.58.02.0型式构造型式构造主隧道（一条主隧道（一条双线）双线）主隧道（两条主隧道（两条单线）单线）主隧道（两条单主隧道（两条单线）线）两条三车道隧两条三车道隧道道断面尺寸断面尺寸11.1m9.1m15.0m(辅辅)27.3m(主主)14.5m(辅辅)28.5m35m9.8m施工年代施工年代19641988年

4、年19861993年年19901994年年19931997年年开挖方式开挖方式钻爆法钻爆法盾构法盾构法盾构法盾构法沉管法沉管法海水深度海水深度140m60m70m1123m 地铁车站 区间隧道 出入口建筑物 工程规划制定后，要进行详细周密的勘测，以工程规划制定后，要进行详细周密的勘测，以便在给定的条件范围内，努力降低工程费用，保便在给定的条件范围内，努力降低工程费用，保证工程的顺利进行和工程质量。工程勘测主要包证工程的顺利进行和工程质量。工程勘测主要包括以下几个方面：括以下几个方面：（1 1） 踏查踏查（2 2） 测量测量（3 3） 钻探钻探（4 4） 弹性波探测弹性波探测（5 5） 岩石试验

5、岩石试验 根据以上勘测资料，并参考以往的工程经验，根据以上勘测资料，并参考以往的工程经验，即可开始进行隧道的设计工作。即可开始进行隧道的设计工作。隧道的规划、勘测、设计隧道的规划、勘测、设计 隧道施工的工序包括开挖、出渣、支护和衬隧道施工的工序包括开挖、出渣、支护和衬砌。人们在实际中已创造出多种隧道施工方法，砌。人们在实际中已创造出多种隧道施工方法，主要有：矿山法、盾构法、沉管法、顶进法等。主要有：矿山法、盾构法、沉管法、顶进法等。 暗挖法的一种，主要用钻眼爆破方法开挖断面暗挖法的一种，主要用钻眼爆破方法开挖断面而修筑隧道及地下工程的施工方法。因借鉴矿山而修筑隧道及地下工程的施工方法。因借鉴矿

6、山开拓巷道的方法，故称为矿山法。开拓巷道的方法，故称为矿山法。1.1.矿山法矿山法隧道施工隧道施工2.2.新奥法新奥法(New Austrian Tunneling Method)(New Austrian Tunneling Method) 新奥法是新奥地利隧道修建方法的简称，原文为新奥法是新奥地利隧道修建方法的简称，原文为“New Aust-rian Tunneling MethodNew Aust-rian Tunneling Method（简称为（简称为NATMNATM）”，在我国也称为，在我国也称为“喷锚构筑法喷锚构筑法”。400R=2800R=222090150400420R=61

7、00R=12057R=114572002001759860719190056620632619D25l=3mF.L.S.L.岩锚钢构架支撑焊接钢丝网喷涂混凝土混凝土衬砌NATMNATM断面例断面例3.3.盾构法盾构法采用采用盾构盾构为施工机具，在地层中修建为施工机具，在地层中修建隧道隧道和大型管道的一种暗和大型管道的一种暗挖式施工方法。施工时在盾构前端切口环的掩护下开挖土体，挖式施工方法。施工时在盾构前端切口环的掩护下开挖土体，在盾尾的掩护下拼装衬砌（管片或砌块）。在盾尾的掩护下拼装衬砌（管片或砌块）。4 4 沉管法沉管法 预制管段沉放法的简称，其施工顺序是先在船台上或干坞中预制管段沉放法的简

8、称，其施工顺序是先在船台上或干坞中制作隧道管段，管段两端用临时封墙密封后滑移下水，使其浮在制作隧道管段，管段两端用临时封墙密封后滑移下水，使其浮在水中，再拖运到隧道设计位置。定位后水中，再拖运到隧道设计位置。定位后, ,向管段内加载向管段内加载, ,使其下沉使其下沉至预先挖好的水底沟槽内。管段逐节沉放，并用水力压接法将相至预先挖好的水底沟槽内。管段逐节沉放，并用水力压接法将相邻管段连接。最后拆除封墙，使各节管段连通成为整体的隧道。邻管段连接。最后拆除封墙，使各节管段连通成为整体的隧道。通风竖井通风竖井软弱地层坚实地层明挖段沉埋段暗挖段明挖段暗挖段路堑 钢 筋 混 凝 土钢 壳钢 筋 混 凝 土

9、水底隧道的横断面图水底隧道的横断面图桥梁桥梁(Bridge)(Bridge)u什么是桥梁什么是桥梁是指供铁路、道路、管道、渠是指供铁路、道路、管道、渠道等交通运输线路跨越水体或山谷的工程构筑物。道等交通运输线路跨越水体或山谷的工程构筑物。u桥梁的原始雏形桥梁的原始雏形 独木桥、浮桥和石拱。独木桥、浮桥和石拱。随着科学技术的发展和社会的进步，桥梁的跨越能随着科学技术的发展和社会的进步，桥梁的跨越能力越来越强，功能与构造形式也越来越多样化。力越来越强，功能与构造形式也越来越多样化。 桥梁的组成桥梁的组成u桥梁的组成桥梁的组成：上部结构、下部结构、基础上部结构、下部结构、基础 桥 长跨 径桥 台基

10、础桥 墩桥 台基 础基 础跨 径上 部 结 构下 部 结 构u主要受车辆的移动荷载。主要受车辆的移动荷载。u还要承受来自车辆的冲击力、离心力等。还要承受来自车辆的冲击力、离心力等。u基础、桥墩工程较复杂。基础、桥墩工程较复杂。桥梁设计中一般考虑以下荷载的作用：桥梁设计中一般考虑以下荷载的作用：(1) 恒载：桥自重、高栏、桥面等的重量。 (2) 活载：汽车、列车等交通荷载、人群荷载。 (3) 冲击力：交通工具的冲击。 (4) 风载：作用于桥梁、汽车、列车的风。 (5) 离心力；在曲线桥的情况下，列车的离心力。 (6) 制动作用：列车、汽车紧急刹车的作用。 (7) 温度作用：由于温度变化构件伸缩受

11、到限制产生的内力。 (8) 地震作用：地震引起的惯性作用。 (9) 雪载：在积雪较多的地区予以考虑。 按材料分类：按材料分类：钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥按用途分类：按用途分类：铁路桥、公路桥、城市道路桥铁路桥、公路桥、城市道路桥按结构形式分类按结构形式分类：梁式桥、桁架桥梁式桥、桁架桥 、拱式桥、拱式桥 、刚构桥、刚构桥 、斜拉桥、悬索桥、斜拉桥、悬索桥 桥梁的分类桥梁的分类 (1) (1) 梁式桥梁式桥 梁式桥是一种最简单常用的桥梁上部结构形式，梁式桥是一种最简单常用的桥梁上部结构形式，用于中小跨径桥梁。主梁常用断面形式有用于中小跨径桥梁。主梁常用断

12、面形式有I I型、型、T T型、型、箱型和板式桥等。箱型和板式桥等。 工 字 形 断 面( 钢 及 钢 筋 混 凝 土 梁 ）( a )( b )T 形 断 面( 钢 筋 混 凝 土 梁 ) ( c ) 箱 形 断 面（ 钢 及 钢 筋 混 凝 土 梁 ） （ d ) 板 梁（ 钢 筋 混 凝 土 梁 ）(a)简 支 梁(b)多 跨 连 续 梁(c)多 跨 静 定 梁梁式桥的支撑条件梁式桥的支撑条件（2 2）桁架桥）桁架桥 荷载由各杆件的轴力承担。这种桥式一般适用于钢桥、荷载由各杆件的轴力承担。这种桥式一般适用于钢桥、木桥，极少用于混凝土桥。桁架桥高一般大于梁式桥，可木桥，极少用于混凝土桥。桁

13、架桥高一般大于梁式桥，可用于较大跨度的桥梁。桁架桥根据其支撑条件也可分为简用于较大跨度的桥梁。桁架桥根据其支撑条件也可分为简支桥和连续梁桥等。支桥和连续梁桥等。(a)(b)(c)华 伦 桁 架竖 杆上 弦 杆下 弦 杆桁架桥桁架桥（3 3）拱桥）拱桥 在拱桥中，相当于主梁的杆件为曲线形。在荷载在拱桥中，相当于主梁的杆件为曲线形。在荷载作用下，杆件的内力以压力为主。作用下，杆件的内力以压力为主。 赵州桥赵州桥（4 4）斜拉桥）斜拉桥 斜拉桥主要由塔、主梁和斜拉钢索组成。斜拉桥一般为斜拉桥主要由塔、主梁和斜拉钢索组成。斜拉桥一般为双塔，有时也可采用单塔；绝大多数桥塔是竖向的，极少数双塔，有时也可采

14、用单塔；绝大多数桥塔是竖向的，极少数为斜立。斜拉索可平行布置，也可以为扇形布置。钢索一般为斜立。斜拉索可平行布置，也可以为扇形布置。钢索一般分设在桥两边，但有时也可在中间设单面索，如主跨为分设在桥两边，但有时也可在中间设单面索，如主跨为175m175m的广州海印大桥，塔就设在桥宽的中间。的广州海印大桥，塔就设在桥宽的中间。 斜拉桥的跨度一般介于悬索桥和桁架桥之间，通常为钢斜拉桥的跨度一般介于悬索桥和桁架桥之间，通常为钢梁或钢筋混凝土梁。梁或钢筋混凝土梁。 正在建设中的南京长江二桥南汊桥主桥正在建设中的南京长江二桥南汊桥主桥 （5 5）悬索（吊）桥）悬索（吊）桥 悬索桥是在桥的两端设置索锚，借助于架设在桥塔的悬索桥是在桥的两端设置索锚，借助于架设在桥塔的拉索，通过分布设置的吊杆将桥上的荷载传至悬索上。一拉索，通过分布设置的吊杆将桥上的荷载传至悬索上。一般认为在所有桥式中，悬索桥的可能跨度最大。目前主跨般认为在所有桥式中，悬索桥的可能跨度最大。目前主跨超过超过1000m1000m的桥梁均为悬索桥。的桥梁均为悬索桥。 悬 索吊 杆塔 架锚 固锚 固(6)(6)组合体系桥组合体系桥 同时采用集中桥型的组合形式，充分利用各种形式桥的同时采用集中桥型的组合形式，充分利用各种形式桥的受力特性，发挥其优越性